论文总字数：22361字

摘 要

悬架是现代汽车上的重要总成之一，悬架的性能很大程度上决定了汽车的整车性能，因此悬架系统的设计和优化是汽车总体设计的一个重要组成部分。论文以1.4T速腾轿车为设计对象，主要进行以下几个方面的设计工作：通过对比各种悬架的优缺点及使用场景，对1.4T速腾轿车前后悬架进行结构选型，并在此基础上，对悬架进行参数设计，包括前后偏频的选择、悬挂质量与非悬挂质量的计算以及车轮定位参数的选择，同时，对与悬架相匹配的减振器及弹簧进行了设计；在确定了悬架结构及各种设计参数后，对悬架的导向机构进行设计，确定了侧倾中心高度、纵倾中心高度及导向机构横臂轴的布置方式等各种参数结构；利用以上步骤中所确定的各种结构参数，对悬架系统利用CATIA对其建立三维模型，并利用所建立的三维模型通过导出修改作出了悬架系统的装配图及部分关键零件图。

论文的设计成果对速腾等紧凑型车型的悬架系统设计提供了指导作用。

关键词：悬架系统设计；麦弗逊悬架；车轮定位参数；导向机构

Abstract

Suspension is one of the important assemblies in modern cars. The performance of suspension greatly determines the performance of the car. Therefore, the design and optimization of suspension system is an important part of the overall design of the car. The thesis takes 1.4T Sagitar car as the design object, and mainly designs the following aspects:

1. By comparing the advantages and disadvantages of various suspensions and usage scenarios, the structural selection of the front and rear suspensions of 1.4T Sagitar car is carried out, and on this basis, the parameter design of the suspension is carried out, including the selection of front and rear bias frequencies, suspension quality Calculate the mass of the non-suspension and select the parameters of the wheel positioning. At the same time, the shock absorber and spring matching the suspension are designed.

2. After determining the suspension structure and various design parameters, the suspension guide mechanism is designed, and various parameter structures such as the roll center height, the pitch center height, and the arrangement of the guide mechanism cross arm axis are determined.

3. Using the various structural parameters determined in the above steps, the CATIA is used to create a three-dimensional model of the suspension system, and the established three-dimensional model is used to derive the assembly drawing and some key parts drawings of the suspension system through export modification.

The design results of the thesis provide guidance for the design of suspension systems of compact models such as Sagitar.

Key Words：suspension system design; McPherson suspension; wheel positioning parameters; guide mechanism

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 研究的目的及意义 1

1.3 国内外研究现状 1

1.3.1 国外悬架运动学研究 1

1.3.2 国外悬架运动学研究 2

1.4 设计的基本内容 2

第2章 悬架结构选型 3

第3章 悬架主要参数确定 5

3.1 偏频选择 5

3.2 悬挂质量与非悬挂质量 6

3.3 悬架刚度 6

第4章 车轮定位参数的确定 9

4.1 车轮定位参数概述 8

4.2 车轮外倾角 8

4.3 主销后倾角 9

4.4 主销内倾角 12

4.5 前束 12

第5章 螺旋弹簧设计 13

5.1 螺旋弹簧材料的选择 13

5.2 弹簧刚度的计算 13

5.3 弹簧钢丝直径的计算 13

5.4弹簧完全并紧时的高度和自由高度 14

5.5 刚度校核 14

第6章 减振器设计 15

6.1 减振器选择 15

6.2 相对阻尼系数的选择 15

6.3 减振器阻尼系数的确定 16

6.4 最大卸荷力 17

6.5选定减振器的主要尺寸 17

6.5.1 减振器工作缸直径的确定 17

6.5.2 贮油筒直径的确定 18

6.5.3 减振器基长及活塞行程 18

第7章 前后悬架导向机构设计 19

7.1 悬架导向机构概述 19

7.2 前悬架（麦弗逊悬架）导向机构设计 19

7.2.1 侧倾中心对横臂轴布置方式的影响 19

7.2.2 纵倾中心对横臂轴布置方式的影响 20

7.2.3 摆臂长度的确定 20

7.3 后悬架（双横臂悬架）导向机构设计 21

7.3.1 横臂在纵向平面内的布置方案 21

7.3.2 横臂在横向平面内的布置方案 22

7.3.3 横臂在水平面内的布置方案 22

7.3.4 上、下横臂长度的确定 23

参考文献 25

致谢 27

第1章 绪论

1.1 研究背景

悬架设计作为底盘设计中的重要一环，是汽车中的至关重要的一部分。在悬架还没被发明出来之前，轮子同车身之间通过刚性接触直接连接，刚性连接不能起到缓冲路面冲击的作用，因而早期汽车平顺性和舒适性很差。悬架的发明就是为了解决这些问题，因此，显然悬架的作用就在于通过弹性连接，缓和行驶过程中因路面不平或是其他因素所导致的冲击振动，其中的弹性连接主要通过弹簧零件及减振器实现。

悬架型式多种多样，不仅分为非独立悬架与独立悬架，而且非独立悬架或者独立悬架又有不同的类型。但是，不同类型的悬架都有着基本相同的结构，它们一般由弹性元件、减震器以及导向机构等结构组成。其中，弹性元件在不同的悬架上有着不同的形式，比如多用于乘用车的螺旋弹簧、多用于客车的空气弹簧以及用于其他场合的钢板弹簧或扭杆弹簧等。个别类型悬架则还包括横向稳定杆等结构。

在汽车设计开发流程中，整车总体设计、发动机设计和底盘设计属于其中的关键流程。其中，底盘设计中的重要一环悬架因用来传递力和力矩，故而悬架作用效果的好坏会直接影响制动安全性、操稳、平顺性等汽车相关性能的好坏。所以，悬架设计在汽车的设计开发中占有至关重要的作用，也因此在汽车换代改型中悬架是需要重新设计的高频部件之一。

1.2 研究的目的及意义

本论文的研究目的是以1.4T速腾轿车为研究对象，在借鉴相关同类设计的基础上，运用AUTOCAD、CATIA、MATLAB等电脑辅助软件，在搞清楚不同悬架工作原理的基础上综合分析各种汽车悬架系统的结构、特点，对速腾轿车进行悬架系统的总体设计和结构选型，同时根据1.4T速腾轿车的相关参数，对其悬架系统进行设计计算和强度校核。本论文所设计的悬架系统能够与1.4T速腾轿车实现良好的适配，同时满足该型汽车对悬架性能、制造成本等诸多方面的要求，以实现速腾轿车在紧凑型轿车市场能够有更加优秀的表现。

1.3 国内外研究现状

1.3.1 国外悬架运动学研究

美、日、德等国外汽车工业发达国家很早就开始对悬架运动学的研究，那时的国产汽车工业还尚未起步或是刚刚建立，所以国外的相关研究远早于国内，可以说是从独立悬架被发明出来的那一天便开始了。

国外在车辆悬架运动学领域的研究有公认的研究成果的人包括德国的耶尔森·赖姆帕尔(Prof.J.Reimell)、阿达姆·措莫托、M.米奇克、Wolfgang Matschinsky以及日本的安培正人，相应的研究成果也编辑成书籍，并在书中阐述着作者的研究角度及研究成果。比如《汽车底盘技术》的作者Prof.J.Reimell在其著作中说明了各个车轮定位参数的定义以及车轮定位参数对整车操稳的相应影响。具体来说，在悬架运动学分析中，耶尔森·赖姆帕尔说明了车轮定位参数会在汽车行驶过程中，因各零部件连接处存在弹性以及路面对轮胎所施加的力和力矩而产生变化。除了以上理论上的分析，耶尔森·赖姆帕尔教授还通过实际实验测量，给出了部分当时的常见车型的车轮定位参数的变化曲线，这些变化曲线不仅可以用来评价相关车型的操纵稳定性，还从侧面检验了耶尔森·赖姆帕尔教授所提理论的一定可靠性；而分别由阿达姆·措莫托和安培正人编著的《汽车行驶性能》及《汽车的运动与操纵》，都是从悬架对汽车行驶性能方面进行了相关分析，提出了相应研究结论。

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